1   车灯行业CAE技术需求

汽车(che)车(che)灯(deng)作(zuo)(zuo)为(wei)汽车(che)必不(bu)可少的一个(ge)组件，在夜间照明，行车(che)信号，大雾天气防撞(zhuang)，转向(xiang)标志等方面(mian)发挥(hui)着重要(yao)作(zuo)(zuo)用，是(shi)汽车(che)安全行驶的重要(yao)保(bao)障。长(zhang)期以来(lai)(lai)，人们(men)在做车(che)灯(deng)设(she)(she)(she)计(ji)时更多的关(guan)注(zhu)于光(guang)学(xue)设(she)(she)(she)计(ji)，但是(shi)随着市场对质量(liang)、精(jing)度(du)、亮度(du)及可操作(zuo)(zuo)性等要(yao)求越来(lai)(lai)越严格，对车(che)灯(deng)总体(ti)的设(she)(she)(she)计(ji)和分析逐渐(jian)被人们(men)关(guan)注(zhu)。

车(che)灯(deng)的(de)(de)(de)气(qi)(qi)密(mi)(mi)性问题(ti)一(yi)直(zhi)困扰着车(che)灯(deng)的(de)(de)(de)开(kai)发人员，良(liang)好的(de)(de)(de)气(qi)(qi)密(mi)(mi)性是(shi)提(ti)高(gao)车(che)灯(deng)照明效果(guo)，延长车(che)灯(deng)使(shi)用(yong)寿命的(de)(de)(de)重要(yao)保证，如果(guo)车(che)灯(deng)的(de)(de)(de)气(qi)(qi)密(mi)(mi)性不好，将造成车(che)灯(deng)内引起(qi)结雾(wu)、积水、凝霜、破坏透光效果(guo)等一(yi)系列的(de)(de)(de)问题(ti)，直(zhi)接(jie)危(wei)及行车(che)安全。车(che)灯(deng)的(de)(de)(de)产品设计(ji)师在车(che)灯(deng)设计(ji)过程中(zhong)，可以考虑对车(che)灯(deng)的(de)(de)(de)密(mi)(mi)封垫(dian)圈(quan)进行分析，提(ti)高(gao)垫(dian)圈(quan)的(de)(de)(de)密(mi)(mi)封质量，从而提(ti)高(gao)车(che)灯(deng)的(de)(de)(de)气(qi)(qi)密(mi)(mi)性。

车(che)灯作(zuo)为汽车(che)的一个重要(yao)组件，模态及(ji)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)动(dong)(dong)分析很有必要(yao)，目前主机厂已经对车(che)灯供应上(shang)提出相应的振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)动(dong)(dong)测试实验要(yao)求，要(yao)求车(che)灯在振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)动(dong)(dong)过程中，车(che)灯及(ji)部件的固有频(pin)(pin)率(lv)，要(yao)避免(mian)与激振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)频(pin)(pin)率(lv)发生(sheng)共振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)，同时要(yao)求在振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)动(dong)(dong)的情况下，车(che)灯内(nei)部部件，特(te)别是车(che)灯支架，要(yao)求满足(zu)动(dong)(dong)强度要(yao)求。

车(che)(che)(che)(che)(che)灯(deng)(deng)(deng)的(de)(de)总体设计(ji)时(shi)，往往更(geng)(geng)多的(de)(de)是考虑外观造(zao)(zao)型的(de)(de)流(liu)线美(mei)，而忽略了(le)车(che)(che)(che)(che)(che)灯(deng)(deng)(deng)的(de)(de)选(xuan)(xuan)材、温度场(chang)(chang)和(he)(he)流(liu)场(chang)(chang)等一系列问题(ti)，而在(zai)实(shi)际(ji)应用过程中，局(ju)部过热，造(zao)(zao)成零件受(shou)热变形、甚至烧熔，冷热不均匀，造(zao)(zao)成局(ju)部结雾，车(che)(che)(che)(che)(che)灯(deng)(deng)(deng)内部温度场(chang)(chang)和(he)(he)流(liu)场(chang)(chang)问题(ti)严重影响到车(che)(che)(che)(che)(che)灯(deng)(deng)(deng)的(de)(de)品质(zhi)和(he)(he)质(zhi)量，逐(zhu)步被客(ke)户(hu)和(he)(he)设计(ji)人员所关注，如何更(geng)(geng)好(hao)的(de)(de)解决(jue)好(hao)车(che)(che)(che)(che)(che)灯(deng)(deng)(deng)的(de)(de)散热问题(ti)，让车(che)(che)(che)(che)(che)灯(deng)(deng)(deng)在(zai)满(man)足外形要求的(de)(de)情(qing)况下，通过对车(che)(che)(che)(che)(che)灯(deng)(deng)(deng)部件和(he)(he)材料(liao)进(jin)行选(xuan)(xuan)型，局(ju)部进(jin)行强化处理，提(ti)高车(che)(che)(che)(che)(che)灯(deng)(deng)(deng)的(de)(de)散热性能(neng)，对车(che)(che)(che)(che)(che)灯(deng)(deng)(deng)设计(ji)提(ti)出了(le)更(geng)(geng)好(hao)的(de)(de)挑(tiao)战。

2   Simcenter 3D在车灯行业的应用

SIMCENTER 3D在工(gong)业的(de)(de)(de)应(ying)用(yong)(yong)已经越(yue)来越(yue)广泛，模拟的(de)(de)(de)方式也更贴近真实世界(jie)的(de)(de)(de)模型，充分发挥SIMCENTER3D在多(duo)(duo)物理场分析(xi)的(de)(de)(de)卓越(yue)能(neng)力。SIMCENTER 3D提(ti)供了多(duo)(duo)种类(lei)型的(de)(de)(de)求解(jie)器(qi)，应(ying)用(yong)(yong)范(fan)围包括(kuo)结(jie)构(gou)静(jing)力学(xue)、动力学(xue)、优化、疲(pi)劳(lao)、机(ji)构(gou)运动、热力学(xue)和(he)流体动力学(xue)等(deng)多(duo)(duo)个领域，让使用(yong)(yong)者可以更方便针对不同(tong)的(de)(de)(de)问题选(xuan)用(yong)(yong)不同(tong)的(de)(de)(de)求解(jie)器(qi)进行求解(jie)，并可在同(tong)一界(jie)面(mian)中切(qie)换不同(tong)的(de)(de)(de)求解(jie)器(qi)，仿真加(jia)工(gong)流程与不同(tong)的(de)(de)(de)环境历(li)程，透过稳定的(de)(de)(de)并行运算效能(neng)加(jia)速运算，直接提(ti)供工(gong)程师最方便的(de)(de)(de)研发仿真平台。

Simcenter 3D车灯分析(xi)的流程图：

2   车灯结构强度（随机振动）分析

车(che)(che)(che)灯(deng)内部(bu)部(bu)件的(de)结构(gou)强(qiang)度非常重要(yao)(yao)，汽车(che)(che)(che)的(de)振(zhen)动对车(che)(che)(che)灯(deng)内部(bu)部(bu)件产生影响(xiang)(xiang)，要(yao)(yao)求我们做(zuo)车(che)(che)(che)灯(deng)设计时，要(yao)(yao)保证车(che)(che)(che)灯(deng)内部(bu)部(bu)件，特别是车(che)(che)(che)灯(deng)内部(bu)支架(jia)等部(bu)件，在汽车(che)(che)(che)在极端(duan)车(che)(che)(che)况下，不能(neng)够(gou)损坏，能(neng)够(gou)保证车(che)(che)(che)灯(deng)的(de)正常工作运行。使用NX Nastran的(de)动态(tai)响(xiang)(xiang)应分析模块，对灯(deng)体(ti)进(jin)行随(sui)机振(zhen)动分析，模拟车(che)(che)(che)灯(deng)在振(zhen)动试验台上，承受随(sui)机激励的(de)情况下，分析车(che)(che)(che)灯(deng)各部(bu)件的(de)结构(gou)的(de)强(qiang)度和刚度。

2.2车灯模态分析

车(che)(che)(che)灯(deng)(deng)作(zuo)为汽(qi)车(che)(che)(che)部件，使用(yong)NX Nastran结构分析(xi)(xi)功能，对车(che)(che)(che)灯(deng)(deng)进行模态分析(xi)(xi)，同时(shi)，在NXNastran中，我们可以分析(xi)(xi)带(dai)接(jie)触(chu)的模态，能够更加(jia)准确的分析(xi)(xi)车(che)(che)(che)灯(deng)(deng)的固有(you)频率(lv)(lv)，从而更加(jia)准确的判定(ding)车(che)(che)(che)灯(deng)(deng)结构是否(fou)会跟外(wai)界(jie)激励频率(lv)(lv)发生共振。

2.3   车灯散热分析

汽车车灯散热(re)分(fen)(fen)析(xi)存在几(ji)个(ge)挑战，从学科上(shang)讲，车灯散热(re)涉(she)及(ji)到(dao)两个(ge)有(you)限元的(de)(de)(de)(de)(de)两个(ge)领域，热(re)力学和流(liu)(liu)体动力学，并且同时需(xu)要(yao)考虑热(re)力学和流(liu)(liu)体动力学的(de)(de)(de)(de)(de)耦(ou)合(he)问(wen)题(ti)，Simcenter 3D的(de)(de)(de)(de)(de)热(re)流(liu)(liu)耦(ou)合(he)仿真(zhen)工具能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)够(gou)完美(mei)的(de)(de)(de)(de)(de)解决这个(ge)问(wen)题(ti)，不需(xu)要(yao)用户(hu)额(e)外的(de)(de)(de)(de)(de)进行控制，能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)够(gou)自动的(de)(de)(de)(de)(de)调用相应的(de)(de)(de)(de)(de)求解器(qi)进行耦(ou)合(he)仿真(zhen)。从模(mo)(mo)型(xing)上(shang)讲，车灯的(de)(de)(de)(de)(de)结(jie)构比较复杂，特别是(shi)(shi)(shi)内部流(liu)(liu)体域腔(qiang)体，复杂车灯可能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)存在多个(ge)腔(qiang)体，如何能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)够(gou)更(geng)好的(de)(de)(de)(de)(de)处理(li)车灯的(de)(de)(de)(de)(de)CAD模(mo)(mo)型(xing)，一直困扰着分(fen)(fen)析(xi)工程(cheng)师(shi)，NX提(ti)供了强大的(de)(de)(de)(de)(de)建(jian)模(mo)(mo)功能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，特别是(shi)(shi)(shi)非参模(mo)(mo)型(xing)编辑修(xiu)改功能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，使(shi)得工程(cheng)师(shi)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)够(gou)快(kuai)速(su)的(de)(de)(de)(de)(de)处理(li)车灯模(mo)(mo)型(xing)，并且通过强大的(de)(de)(de)(de)(de)网格划分(fen)(fen)功能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，快(kuai)速(su)完成车灯散热(re)分(fen)(fen)析(xi)模(mo)(mo)型(xing)建(jian)立。从仿真(zhen)模(mo)(mo)拟上(shang)讲，车灯传热(re)涉(she)及(ji)到(dao)传热(re)的(de)(de)(de)(de)(de)三个(ge)方(fang)面(mian)，传导、对流(liu)(liu)和辐射(she)(she)，特别是(shi)(shi)(shi)热(re)辐射(she)(she)是(shi)(shi)(shi)车灯传热(re)的(de)(de)(de)(de)(de)主要(yao)方(fang)式。Simcenter 3D的(de)(de)(de)(de)(de)热(re)分(fen)(fen)析(xi)中(zhong)(zhong)提(ti)供了高级热(re)辐射(she)(she)技(ji)术(shu)(shu)，能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)够(gou)精确地模(mo)(mo)拟复杂车灯复杂腔(qiang)体的(de)(de)(de)(de)(de)热(re)辐射(she)(she)传导问(wen)题(ti)，其中(zhong)(zhong)辐射(she)(she)建(jian)模(mo)(mo)可以(yi)模(mo)(mo)拟完整的(de)(de)(de)(de)(de)辐射(she)(she)交换的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)型(xing)、模(mo)(mo)拟漫射(she)(she)\反(fan)射(she)(she)\投射(she)(she)\吸收、几(ji)何体连接问(wen)题(ti)，其中(zhong)(zhong)解算技(ji)术(shu)(shu)特点，能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)够(gou)自动计算复杂封闭腔(qiang)体的(de)(de)(de)(de)(de)视角系(xi)数(shu)、拥(yong)有(you)确定性的(de)(de)(de)(de)(de)光线追踪的(de)(de)(de)(de)(de)镜反(fan)射(she)(she)技(ji)术(shu)(shu)、能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)够(gou)排除残余视角系(xi)数(shu)反(fan)复改进视角系(xi)数(shu)。自由(you)对流(liu)(liu)更(geng)是(shi)(shi)(shi)更(geng)够(gou)模(mo)(mo)拟车灯实(shi)验的(de)(de)(de)(de)(de)环境状(zhuang)态(tai)。

2.4车灯结雾及冰熔解分析

Simcenter 3D的(de)(de)热流分析(xi)解算方案包(bao)含了全面的(de)(de)温度和雾化模型技术(shu)，能够通(tong)(tong)过(guo)设定初(chu)始(shi)的(de)(de)温度和湿度条(tiao)件来模拟雾化和蒸发过(guo)程。同时(shi)(shi)可(ke)以考虑封(feng)闭腔(qiang)体的(de)(de)密封(feng)盒通(tong)(tong)风孔，通(tong)(tong)过(guo)分析(xi)得到实(shi)时(shi)(shi)的(de)(de)温度、湿度和水积累(lei)量(liang)，通(tong)(tong)过(guo)水积累(lei)量(liang)来判定雾化情况。

车灯在(zai)寒冷(leng)的温度下，车灯外面会(hui)结(jie)冰(bing)(bing)(bing)，通过Simcenter 3D的高级热(re)(re)流耦合分析(xi)(xi)，能够(gou)模(mo)拟(ni)前透镜(jing)上冰(bing)(bing)(bing)融化的过程(cheng)，通过冰(bing)(bing)(bing)完全融化的总时间(jian)来(lai)对(dui)冰(bing)(bing)(bing)熔化的行为进行判定，在(zai)分析(xi)(xi)过程(cheng)中，薄的冰(bing)(bing)(bing)层可以通过带改变状态属(shu)性的壳单元(yuan)来(lai)模(mo)拟(ni)，冰(bing)(bing)(bing)单元(yuan)和透光镜(jing)单元(yuan)之间(jian)采用热(re)(re)固直接耦合来(lai)建(jian)立(li)热(re)(re)传导，通过分析(xi)(xi)，我们能够(gou)得到冰(bing)(bing)(bing)的性质、冰(bing)(bing)(bing)的馏分和冰(bing)(bing)(bing)层的蒸发(fa)时间(jian)等。

2.4分析结果和实验结果对比

日本(ben)丰(feng)田汽车和美国斯(si)坦利的(de)工程师都使用了(le)Simcenter 3D进行(xing)了(le)车灯(deng)(deng)德尔相关分(fen)析(xi)，并把(ba)分(fen)析(xi)的(de)结(jie)(jie)(jie)果(guo)和实(shi)验的(de)结(jie)(jie)(jie)果(guo)进行(xing)了(le)对比(bi)，发现Simcenter 3D分(fen)析(xi)的(de)结(jie)(jie)(jie)果(guo)和实(shi)验结(jie)(jie)(jie)果(guo)具有高度的(de)一致性，也同(tong)时验证了(le)Simcenter 3D在车灯(deng)(deng)行(xing)业(ye)的(de)分(fen)析(xi)标准。

3     Simcenter 3D的优势和效益

当前(qian)，CAE 技术成为(wei)设计(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)流(liu)，企业已(yi)经将分(fen)析提(ti)到新(xin)的(de)(de)(de)(de)地(di)位(wei)(wei)。现(xian)代的(de)(de)(de)(de)产(chan)品(pin)设计(ji)(ji)完全(quan)基于分(fen)析模拟和优化的(de)(de)(de)(de)结(jie)果，产(chan)品(pin)设计(ji)(ji)人员(yuan)在设计(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)最初阶段便开(kai)始用(yong)分(fen)析仿真(zhen)工具，在制(zhi)造(zao)之前(qian)全(quan)面把(ba)握产(chan)品(pin)的(de)(de)(de)(de)性能(neng)(neng)，避免不必要的(de)(de)(de)(de)样(yang)机试验(yan)，以(yi)(yi)缩(suo)短设计(ji)(ji)周期(qi)，降低成本，从而(er)在激烈(lie)的(de)(de)(de)(de)市场竞(jing)争中占据(ju)主(zhu)动和有利(li)(li)的(de)(de)(de)(de)地(di)位(wei)(wei)。可以(yi)(yi)断(duan)言谁先(xian)掌握了这一先(xian)进的(de)(de)(de)(de)技术并(bing)能(neng)(neng)尽早地(di)将其成功运用(yong)于产(chan)品(pin)设计(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)各个阶段，谁就能(neng)(neng)够(gou)在产(chan)品(pin)开(kai)发过程(cheng)中不断(duan)地(di)增强自身的(de)(de)(de)(de)创新(xin)能(neng)(neng)力和应(ying)变能(neng)(neng)力，在激烈(lie)的(de)(de)(de)(de)市场竞(jing)争中占据(ju)主(zhu)动和有利(li)(li)的(de)(de)(de)(de)地(di)位(wei)(wei)。仿真(zhen)应(ying)用(yong)就是利(li)(li)用(yong)数(shu)值方法研(yan)究产(chan)品(pin)的(de)(de)(de)(de)性能(neng)(neng)

Simcenter 3D最显着的特点是对新流程的支持。其中，在开发流程中通过无缝共享数据实现分析与设计几何相关，彻底消除数据传输转换和几何修复造成的(de)(de)瓶颈(jing)，是实现设计与分析(xi)并行进行、相互作(zuo)用的(de)(de)关键，是产(chan)品(pin)开发成员在(zai)明确分工情况(kuang)下高效协同的(de)(de)前提，也是构成快速创(chuang)新设计平台(tai)的(de)(de)基(ji)础。Simcenter 3D仅(jin)是结构分析(xi)与可(ke)靠(kao)性(xing)设计的(de)(de)单元(yuan)技术，更是崭新流程的(de)(de)使能(neng)工具。